Partie II : chapitres IV à VII
Chapitre 7 : Du flou pour le calcul dynamique des rôles pédagogiques
7.6 Avantages et limites de notre approche
ans le chapitre 5 nous avons présenté les rôles pédagogiques comme étant la forme donnée par un auteur à une information du monde réel afin de la transmettre à un apprenant. Nous les avons ensuite utilisés dans deux approches de la composition documentaire. Dans ces approches les rôles sont prédéfinis dans la qualification des BI. Ce sont eux qui interviennent lors de l'étape d'organisation car c'est sur eux que reposent les règles de l'ontologie pédagogique ou bien la grammaire formelle de composition présentée dans le chapitre 4. L'implémentation des deux approches présentée dans le chapitre 6 a permis de mettre en évidence la nécessité que certains rôles ne soient ni prédéfinis, ni statiques à l'intérieur de la qualification des BI. En effet ils peuvent être totalement dépendants du contexte dans lequel la BI va être insérée. Nous avons la conviction que les ontologies, au delà de leur capacité à représenter la connaissance et à supporter un raisonnement, peuvent prendre une part active dans les calculs de ce raisonnement. Nous avons donc mis en place une méthodologie pour favoriser l'attribution automatique de certains rôles pédagogiques aux BI, qui utilise conjointement la théorie des sous-ensembles flous et certaines propriétés des ontologies.
Nous gardons comme hypothèse de départ que toutes les BI accessibles par le système ont été qualifiées en respectant les qualités présentées dans le chapitre 5, dont en particulier la cohérence, qui est assurée par la définition des relations de l'ontologie du domaine.
Après un inventaire des principales définitions que nous avons trouvées dans la littérature, le présent chapitre donne notre définition des rôles pédagogiques. La formalisation de certains de ces rôles est alors détaillée. Elle permet d'en attribuer certains de façon automatique. Nous décrivons ensuite le principe d'une instanciation d'ontologies pondérées qui utilise des techniques issues de la théorie des sous-ensembles flous. Cette instanciation est fortement dépendante des intentions précises (actes de composition) des utilisateurs. Nous détaillons des variations de deux types d'intentions. Nous expliquons ensuite comment il est possible d'utiliser cette instanciation pondérée pour favoriser certains rôles pédagogiques en fonction d'objectifs déterminés, avant de discuter de notre approche.
7.1 Des rôles au sein d'une narration : définition et attribution
Que ce soit parce qu'ils sont au cœur des grammaires formelles où parce qu'ils interviennent dans la structure sémantique d'un système comme MacWeb [Nanard et al., 1995], les rôles que jouent des BI au sein d'une narration sont décisifs dans le processus de composition. La recherche d’information et le filtrage en sont indirectement dépendants car pour homogénéiser un discours, il faut disposer d'un nombre adéquat de définitions, d'explications, d'exemples, etc. L'ordonnancement est, quant à lui, directement dépendant des rôles. Nous en avons montré deux exemples : dans le prototype Sibyl ce sont les rôles pédagogiques de BI associés aux règles de l'ontologie pédagogique qui déterminent l'ordre d'énonciation des BI et dans le cas des grammaires formelles pour construire le document ce sont eux seuls qui interviennent. Durant l'étape d'assemblage et de présentation, les rôles interviennent également. Une BI peut être visible, partiellement visible ou invisible comme dans le cas d’un exercice corrigé, par exemple.
Cependant avant d'expliquer comment il est possible d'exploiter ces rôles, il est nécessaire d'en donner une définition précise.
7.1 Des rôles au sein d'une narration : définition et attribution
7.1.1 Définitions des rôles pédagogiques
La notion de rôle joué par une BI est d’autant plus difficile à définir qu’un rôle peut dépendre de plusieurs paramètres : le contexte dans lequel la BI est utilisée, la forme qu’elle prend (média) et bien sûr son contenu.
7.1.1.1 Définitions trouvées dans la littérature
Nous n'utilisons pas le terme rôle avec la même signification que celle employée dans [Nestorov et al., 1997]. Dans leur approche le rôle traduit un point de vue particulier sur un objet. Ils différencient par ce rôle le fait, par exemple, qu'un objet puisse être vu comme une personne ou un employé. On pourrait alors supposer qu'un certain comportement est associé au rôle, mais ce n'est pas toujours le cas dans leurs exemples et ils n'exploitent pas cette notion de comportement qui pour nous est primordiale.
Toujours dans le domaine objet, Doug Lea donne la définition suivante : un rôle est une instance d’un ensemble encapsulé de propriétés et de comportements, mais il est décrit et utilisé d’une façon totalement indépendante de l’objet qui peut l’implémenter [Lea, 1995]. Il insiste sur le fait qu’on peut s’intéresser aux rôles de façon intrinsèque, sans s’occuper de QUI joue ce rôle. Comme illustration de son propos il mentionne le rôle de Hamlet qui a été écrit sans connaître les acteurs qui ont pu jouer ce rôle par la suite.
Philippe Martin évoque également la notion de rôle [Martin, 95]. Pour lui, un rôle représente le fait qu’une entité puisse être la cause, l’agent ou la conséquence d’un processus. Pour nous ces notions font plutôt référence à des attributs que peuvent avoir certains concepts par rapport à d’autres. La notion de rôle que nous définissons fait appel à une véritable fonction pédagogique ou narrative que peut jouer un segment de document à l’intérieur d’un cours.
Claude Moulin et son équipe proposent un moyen d’utiliser un même document dans différents contextes, avec différents rôles sémantiques suivant le contexte ([Moulin, 1999], [Moulin et al. 1999]). Ces rôles sont ajoutés dans l’annotation des documents. Notre approche diffère de la leur car nous utilisons des BI de taille plus importante et nous ne voulons pas descendre à une granularité aussi fine que la leur. Notre but concerne la réutilisation de documents ou de segments de documents et non pas leur génération totale à partir de fragments de si petite taille. Leur approche permet également d’appliquer plusieurs styles d’apprentissage (stratégies) en fonction des demandes de l’apprenant.
Forte et al. différencient deux types de ressources pédagogiques, les documents d’exposition et les documents actifs [Forte et al., 1997a]. Nous ne différencions pas ces deux types de documents dans la mesure où chaque document possède un rôle particulier qui suscite une activité de l’apprenant, que celle-ci soit 'passive' (prise de connaissance, écoute, lecture, etc.) ou 'réactive' (résoudre un exercice, répéter, dessiner).
Les ressources didactiques de [Nkambou, 1997] ont un rôle implicite qui leur est attribué dès le départ, car elles sont vues comme des moyens tactiques. Les ressources sont actives et peuvent être relativement indépendantes du système. Les liens entre ces ressources sont figés (similitude, abstraction, cas particulier, etc.). Dans notre approche nous ne voulons pas que tous les rôles soient statiques.
Le projet Profil-Doc [Michel et al., 1999] a pour but la recherche d’information dans une base de données textuelle, avec des réponses personnalisées, différentiées en fonction des besoins de l’utilisateur. Dans leur approche, les auteurs caractérisent des Unités Documentaires (l’équivalent de nos BI) par un type qui est l'équivalent d'un rôle, une forme discursive et un style de présentation.
Le plus grand nombre de définitions concernant la notion de rôle telle que nous la percevons se trouve dans la littérature anglophone sous le terme affordance. Ce terme implique une certaine attitude de l’utilisateur face à certaines entités. [Benesch, 1995] définit l’affordance comme la valeur d’incitation d’un objet pour l’action. D’autres définitions sont accessibles sur l'Internet88.
88
Dans le domaine des interfaces89, les affordances sont définies comme "l’affichage ou la représentation physique d’un objet qui doit suggérer son utilisation". Elles supposent une certaine ressemblance avec les objets réels, par leur aspect tridimensionnel, leur couleur, leur animation.
Dans un domaine plus proche du notre, Laurillard et al. consacrent une section à la définition de l’affordance [Laurillard et al., 2000]. En se basant sur une définition issue de la philosophie, "ce que nous percevons quand nous regardons les objets sont leurs affordances", ils donnent comme définition informatique : les affordances sont les propriétés responsables du comportement qu’elles génèrent.
7.1.1.2 Notre définition : des rôles pour susciter l’action de l’apprenant
C’est le terme instruction dans le sens "indication ou directive pour mener à bien une mission, utiliser correctement quelque chose90" qui semble au mieux correspondre à la notion que nous voulons évoquer. En effet, c’est la notion qui reflète le plus l’action que va susciter la BI chez l’apprenant. Cependant pour qu’il n'y ait pas de confusion possible avec d’autres définitions de l’instruction au sens large du terme (culture, connaissances acquises) souvent utilisées en pédagogie, nous utilisons le terme de rôle pédagogique.
Définition 7 Un rôle pédagogique est un attribut associé à une BI dont la valeur traduit sa capacité à susciter un certain comportement chez l'apprenant. On peut tout à la fois dire que cet attribut impose une mise en forme à la BI et que c'est sa mise en forme qui détermine le rôle que va jouer la BI dans la narration. Le rôle traduit le mode de transfert d'information que permet une BI.
Au cours de nos projets nous avons utilisé plusieurs rôles. Nous présentons certains de ces rôles dans le Tableau 7.4 en indiquant l'interaction correspondante suscitée chez l'apprenant. L’interactivité entre l’apprenant et le système constitue le support du transfert d'information. La qualité de ce transfert est visible (clics de souris par exemple) et mesurable (taux de bonnes réponses aux tests).
Rôle pédagogique Action de l’apprenant correspondante attendue Appariement Mise en correspondance de certaines entités
Conclusion Lecture
Description Lecture et assimilation Définition Lecture et assimilation Exemple Lecture et assimilation Exercice cas général Résolution exacte Exercice d’ordonnancement Ordre exact
Exercice de prononciation Prononciation acceptable Explication Lecture et assimilation Formule Lecture et assimilation
Illustration Lire, regarder, écouter en fonction du média Introduction Lecture, compréhension du contexte Questions à Choix Multiple Choix exacts
Référence Lecture de l’ouvrage référencé Résolution de problème Résolution exacte
Résumé Lecture
Test vrai / faux Sélectionner les propositions Théorème Lecture et assimilation
Tableau 7.4: Rôles pédagogiques et actions attendues de l’apprenant
89 http://www.bel.cs.ucla.edu/~dondi/cmsi628/lectures/principles1/affordances2.html 90
7.1 Des rôles au sein d'une narration : définition et attribution
Certains rôles sont immuables, ce sont les rôles pragmatiques. En effet si une BI représente un exercice, il est clair qu'il est impossible de lui affecter un autre rôle. Par contre certains rôles dits conceptuels ou argumentatifs peuvent dépendre du contexte. Les premières minutes du film "les Dieux sont tombés sur la tête" peuvent être utilisées comme introduction à un cours sur "le mythe du bon sauvage" mais elles peuvent aussi servir d'illustration dans un cours sur le cinéma comique. Il est donc nécessaire de disposer de techniques permettant l'attribution dynamique de ces rôles conceptuels ou argumentatifs.
7.1.2 Comment attribuer dynamiquement des rôles aux BI ?
Les travaux concernant les rôles tenus par certaines ressources dans un document ont été réalisés en grande majorité dans le domaine pédagogique. Cependant très peu mentionnent des techniques d'attribution dynamique de ces rôles. Avant de présenter les propriétés des ontologies qui permettent l'attribution de certains rôles à des BI, nous citons quelques-uns de ces travaux.
7.1.2.1 Propositions données dans la littérature
Comme Lee et al. le signalent, en fonction du point de vue qu’on leur porte, certaines entités peuvent être considérées soit comme une ressource (si elles sont utilisées par une activité), soit comme un acteur, etc. Leur rôle varie donc en fonction du contexte [Lee et al., 1996].
Motta et al. proposent certaines heuristiques pour déterminer automatiquement les liens qui relient certaines entités ('relatedness') [Motta et al., 2000]. Par exemple les sous-classes d'une même classe ou les projets ayant les mêmes objectifs sont reliés. Quand ces liens s'appliquent aux documents, ces relations de parenté et de similitude se rapprochent de la notion de rôle. Cependant les auteurs eux-mêmes conviennent que ces heuristiques sont 'molles' et donc difficiles à exploiter.
L'attribution d'un rôle à une BI dépend essentiellement de deux paramètres : la sémantique d'une relation et le contexte d'insertion de la BI. Pour Mike Uschold un rôle est représenté implicitement par la sémantique d’un argument d’une relation [Uschold, 1996]. La notion de rôle n’est donc pas explicitement représentée, mais elle peut être utile dans la spécification informelle d’une ontologie i.e. la définition d’un domaine. Par exemple la notion de ressource qui correspond au fait qu’une activité peut utiliser une certaine entité est traduite de la façon suivante :
)))
,
(
_
_
)
(
.(
)
(
.(Ressource
E
A
Activity
A
Can
use
Ressource
A
E
E
↔∃
∧
∀
Les rôles sont alors directement dépendants du point de vue (de la perspective) utilisé pour considérer l’entité. De même la notion d’autorité évoquée par Uschold s’apparente à notre notion de priorité caractérisée par la pondération que nous utilisons dans le calcul de distance sémantique (section 4.1.4).
Le rôle peut être déduit du contexte. Ce contexte est décrit dans [Ehrlich, 1997] comme étant composé du texte qui entoure le concept, des informations grammaticales, de la connaissance de base du système, et, éventuellement, des informations supplémentaires apportées par un humain. Cette définition est donnée dans le contexte d’analyse lexicale. Dans notre approche le contexte est défini par les grammaires formelles qui le fixent.
7.1.2.2 Des rôles en fonction des propriétés ontologiques
Intuitivement il est possible de déterminer certains rôles en fonction de la place occupée par certains concepts dans l’ontologie du domaine. Ce sont alors les propriétés d’hyperonymie, d’hyponymie et de méronymie91 qui permettent de déterminer ces rôles. Nous présentons cette approche intuitive avant de la détailler suivant une formalisation dans la section 7.2.
Cas d’un exemple : utilisation de l’hyperonymie et de l’hyponymie
Les liens reliant les types de concepts dans une hiérarchie de types sont des liens 'sorte-de'. Soit deux concepts C1 et C2, de type respectif T1 et T2. Si T2 est un descendant de T1 dans la
hiérarchie de types, C2 peut être considéré comme un exemple de C1.
Suivant le même raisonnement, toute instanciation, i.e. tout concept référencé dans la hiérarchie (feuille terminale) est un exemple concret du concept qui lui est directement ou indirectement supérieur.
Dans les deux cas cependant, il est nécessaire de limiter l'écart de niveau entre deux concepts de la hiérarchie pour avoir des exemples pertinents. Par convention nous fixons cette limite à 2 ou 3 niveaux. En effet si Beethoven est bien un exemple pertinent de compositeur de sonate ou de
compositeur classique, est-il vraiment pertinent de s'en servir d'exemple pour une personne et pire
encore pour un exemple d'entité physique animée ? Cette limitation dans les niveaux hiérarchiques est conventionnelle. Des études plus poussées devraient permettre de raffiner cette limite. Cependant, le nombre de trois niveaux d'écart entre les types de concepts nous paraît acceptable dans le cas d'instanciation. Dans le cas général une limite de 2 est plus raisonnable.
NOTE A cause de cette limitation il n'est pas possible de trouver des exemples concrets de concepts de très haut niveau. Cependant ces concepts ont souvent un fort niveau d'abstraction ce qui explique qu'il ne soit pas possible d'en donner un exemple concret.
Cas d'une description : utilisation de la méronymie
Un concept C peut être défini dans l'ontologie comme étant composé de plusieurs autres concepts. Ces derniers sont en relation avec C par des liens de méronymie. Donner une description de C consiste à détailler chacun de ses concepts. Une BI dont la qualification contient ces concepts peut être appelée description de C.
Il est donc possible d'utiliser les propriétés des ontologies pour extraire des connaissances. Nous avons voulu prolonger ce raisonnement et, à partir de définitions formelles de certains rôles, trouver les propriétés correspondantes des ontologies. De cette façon l'attribution dynamique de rôle est envisageable.
7.2 Formalisation de certains rôles pédagogiques
Afin qu'il soit possible de mettre en place certaines méthodes de calcul, une formalisation des rôles pédagogiques est nécessaire. Dans cette section nous donnons deux exemples de formalisation : l'analogie et l'exemple. Pour chacun de ces rôles nous donnons une définition littéraire, puis notre définition accompagnée de la formalisation qui permet le calcul automatique.
Définition 8 (préliminaire) Soit E un ensemble de PCC écrites à partir des concepts et des relations définis dans une ontologie. Une description D est un sous-ensemble de E caractérisant la sémantique du contenu d’une BI donnée.
7.2.1 Formalisation de l’analogie/homologie
Définition littéraire T est à X ce que Y est à Z. L’analogie est une similitude de relation. L’homologie unit les individus dans un même domaine. [Perelman, 1988].
Définition 9 Soit D1 la description d’une BI. On appelle analogie, l’opérateur A qui à toute
description D1 fait correspondre une (ou plusieurs) description(s) D2, telle(s) que toutes les relations
appartenant à D1 appartiennent aussi à D2 et réciproquement. Dans le cas de l’homologie D1 et D2
appartiennent au même ensemble E1 (i.e.
n
E
7.2 Formalisation de certains rôles pédagogiques
{PCC
PCC
PCC
n} ({CS
R
CD
) (CS
R
CD
) (CS
nR
nCD
n)}
D
1=
11,
12,...,
1=
11,
11,
11,
12,
12,
12,...,
1,
1,
1 n nE
E
A:
1→
2 D1aD2 avecD
2={(CS
21,R
11,CD
21) (,
CS
22,R
12,CD
22) (,...,
CS
2n,R
1n,CD
2n)}
et (CS1i,CS2i) et (CD1i,CD2i) qui ont par convention des bornes supérieures différentes de
l’élément racine dans T (hiérarchie de concepts de l’ontologie).
Nous voyons que cette définition d'une analogie permet à un système informatique, par comparaison de plusieurs descriptions, de déterminer automatiquement le rôle d'une BI par rapport à une autre. Voyons sur un exemple. Soit une brique décrite par la phrase "Beethoven compose des sonates". Soit une autre brique décrite par "Van Gogh compose des tableaux". Dans la mesure où Beethoven et Van Gogh sont des instances de personne et que tableau et sonate sont des sous-types d'art, le système peut déduire l'analogie suivante : "Beethoven compose des sonates comme Van Gogh compose des tableaux" et donner les deux BI correspondantes comme analogie l'une de l'autre.
7.2.2 Formalisation de cas particuliers : exemple et illustration
Définition littéraire Exemple et illustration permettent de fonder le réel par le recours au cas particulier. L'exemple amorce une généralisation alors que l’illustration renforce l’adhésion à une règle reconnue92 [Perelman, 1988].
Cette définition des rôles joués par les cas particuliers renforce ce que nous avons expliqué dans la section 7.1.2.2 concernant la position des concepts dans la hiérarchie de types de l'ontologie. Nous étendons ce raisonnement pour des modèles conceptuels plus complexes.
Définition 10 Soit D1 la description d’une BI. On appelle cas particulier l’opérateur Cp qui à toute
description D1 fait correspondre une (ou plusieurs) description(s) D2 telle que les relations
appartenant à D1 appartiennent aussi à D2 et les concepts de D2 sont hyponymes des concepts de D1.
{PCC
PCC
PCC
n} ({CS
R
CD
) (CS
R
CD
) (CS
nR
nCD
n)}
D
1=
11,
12,...,
1=
11,
11,
11,
12,
12,
12,...,
1,
1,
1 n nE
E
Cp:
→
D1aD2 avecD
2={(CS
21,R
11,CD
21) (,
CS
22,R
12,CD
22) (,...,
CS
2n,R
1n,CD
2n)}
tel que pour toute relation (CSi, R, CDk) de D1 il existe (CSi’, R, CDk’) de D2 avec CSi’ étant
un descendant de CSi dans la hiérarchie et CDk' étant un descendant de CDk.
Dans une hiérarchie de concepts, la sonate pour deux pianos et percussion de Bartok étant une instanciation de sonate et Bartok une instanciation de compositeur, la brique qualifiée par la
92
Les auteurs complètent la définition, en affirmant que "le rôle des cas particuliers (exemple ou illustration) est différent selon qu'ils précèdent ou suivent la règle à laquelle ils se rapportent". Si nous souscrivons à leur affirmation il est intéressant de noter qu'il est possible de jouer sur l'ordre de présentation de D1 et D2 pour obtenir soit un exemple soit une
illustration. Ceci demanderait un approfondissement d'autant que dans la suite de leur argumentation, les auteurs nuancent l'importance de l'ordre.
description ('sonate pour deux pianos et percussion de Bartok', auteur, Bartok) sera considérée comme un cas particulier de (sonate, auteur, compositeur).
7.3 Principe de l'instanciation d'ontologies pondérées
Nous avons insisté sur la difficulté et la longueur de la tâche pour qualifier des BI. La pondération qui a été décrite dans le chapitre 4 et qui est utilisée dans le calcul de distance sémantique entre des CSV est difficile à mettre en place. Les auteurs de la qualification peuvent ne pas savoir exactement quel poids attribuer à quel concept, relation ou PCC. Une des raisons